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基于自适应模糊PID控制器的BLSRM的悬浮控制策略

何英杰  
【摘要】:开关磁阻电机因具有结构简单、效率高、容错性强及控制灵活等优点而备受关注,其应用范围已经涉及航空航天、油田、电动汽车等领域。无轴承开关磁阻电机是在传统开关磁阻电机基础上发展起来的一种新型电机。它将开关磁阻电机和电磁轴承结构结合在一起,从而实现转子的悬浮和旋转。它结合了开关磁阻电机结构简单、高速性能好的特点,与电磁轴承的无磨损、无摩擦等优点,在高速电机、航天等领域有着广泛的应用前景。本文首先概述了8/10 BLSRM的电机结构和基本的运行原理,总结分析并推导了此电机径向力与转矩的数学模型,并与FEM分析对比,验证模型的有效性。其次介绍了传统的四种悬浮力控制策略,主绕组方波控制、最小磁势控制、平均悬浮力控制、补偿控制。基于这些方法的控制参数固定的缺点,提出了新型的自适应模糊PID的悬浮控制策略。设计了一个模糊逻辑控制器,并与PID控制器相结合。实现控制参数的在线自整定。基于此控制策略,设计了8/10 BLSRM驱动系统的控制框图。根据新型电机控制策略,构建了8/10 BLSRM驱动系统的Matlab仿真模型,并搭建了试验系统,对电机的动态性能进行了仿真和实验研究。仿真和实验结果表明,电机可以在此新型控制系统中稳定的悬浮。在实时控制中,电机的偏心误差可以控制在?30?m,电机的转速可以达到6000rpm。验证了提出的控制结构和控制策略的有效性。采用自适应模糊PID控制器,当住宿从2000rpm增加到6000rpm时,转子的最大偏心位移是70?m,并且在转速为6000rpm,且偏心负载发生变化时,转子的最大偏心位移为50?m。跟传统的PID控制器对比,新型控制器的动态性能更好。验证了新型控制策略的有效性。


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